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第五章第五章 数字光纤通信系统数字光纤通信系统v两种传输体制两种传输体制v系统的性能指标系统的性能指标v系统的设计系统的设计11两种传输体制两种传输体制v光纤传输复用技术：同步时分复用光纤传输复用技术：同步时分复用TDMvTDM扩展为不同的群路等级：扩展为不同的群路等级：ITU：将多路编码数字按两种标准组成群路将多路编码数字按两种标准组成群路北美、日：北美、日：24路信道复用为一个基群，信息路信道复用为一个基群，信息速率速率1.544Mb/s;中、欧：中、欧：30路信道复用为一个基群，信息路信道复用为一个基群，信息速率速率2.048Mb/s;更高级复用：更高级复用：Ø4个基群通过个基群通过TDM复用为二次群；信息速率稍大于复用为二次群；信息速率稍大于4倍；倍；Ø多个多个二次群复用为三次群二次群复用为三次群Ø……22数字复接原理数字复接原理(1)v对数字信号进行时分复用对数字信号进行时分复用v数字复接器数字复接器：将若干个低等级的支路信号按：将若干个低等级的支路信号按TDM的方式合并为一的方式合并为一个高等级的合路信号；个高等级的合路信号；v数字分接器数字分接器：将一个高等级的合路信号分解为原来：将一个高等级的合路信号分解为原来 的低等级支路的低等级支路信号；信号； 码码速速调调整整复复接接定定 时时时钟时钟1234分分接接恢恢复复1234定定 时时同同步步合路合路支路支路支路支路33数字复接原理数字复接原理(2)v码速调整单元码速调整单元：对输入各支路信号的：对输入各支路信号的速率和相位进行调整速率和相位进行调整，形成与本机定，形成与本机定时信号完全同步的数字信号，使输入的各支路信号是同步的。

时信号完全同步的数字信号，使输入的各支路信号是同步的 v定时单元定时单元：受时钟控制，产生复接需要的各种定时控制信号受时钟控制，产生复接需要的各种定时控制信号 v复接器复接器：将支路信号在定时单元控制下合并为合路信号；：将支路信号在定时单元控制下合并为合路信号；v分接器分接器：合路数字信号和相应的时钟同时送给分接器合路数字信号和相应的时钟同时送给分接器 分接器的定时单元分接器的定时单元受合路时钟控制，因此它的工作节拍与复接器定时单元同步受合路时钟控制，因此它的工作节拍与复接器定时单元同步v同步单元同步单元：从合路信号中提出帧同步信号，：从合路信号中提出帧同步信号， 用它再去控制分接器定时单元用它再去控制分接器定时单元v恢复单元恢复单元：把分解出的数字信号恢复出来：把分解出的数字信号恢复出来44数字复接原理数字复接原理(3)v在数字复接中，如果复接器输入端的各在数字复接中，如果复接器输入端的各支路信号与本支路信号与本支路信号与本支路信号与本机定时信号是同步机定时信号是同步机定时信号是同步机定时信号是同步的，则称为的，则称为同步复接同步复接器 如如SDH v如果不是同步的，如果不是同步的， 则称为则称为异步复接器异步复接器。

v输入各支路数字信号与本机定时信号标称速率相同，输入各支路数字信号与本机定时信号标称速率相同，但实际上有一个很小的但实际上有一个很小的容差容差容差容差，， 这种复接器称为这种复接器称为准同步准同步复接器复接器如PDH55准同步数字系列准同步数字系列PDH(1)vPDH：在低速率群路的信号采用同步复用，而多数高：在低速率群路的信号采用同步复用，而多数高等级信号采用异步复用，即靠塞入额外比特使各路信等级信号采用异步复用，即靠塞入额外比特使各路信号与复用设备同步并复用为高速信号，这样的系统称号与复用设备同步并复用为高速信号，这样的系统称准同步数字系统：准同步数字系统：PDHvPDH各次群比特率相对于其标准值有一个规定的容差，各次群比特率相对于其标准值有一个规定的容差，而且是异源的，通常采用而且是异源的，通常采用正码速调整正码速调整方法实现方法实现准同步准同步复用复用v应用：中、低速点对点传输应用：中、低速点对点传输v1976年对一次群年对一次群~四次群实现了标准化，并得到广泛应四次群实现了标准化，并得到广泛应用66准同步数字系列准同步数字系列PDH(2)世界商用数字光纤通信制式世界商用数字光纤通信制式77两种传输体制两种传输体制——PDH(3)vPDH的缺点：的缺点：各独立系列相互不兼容，没有统一的光接口标准；各独立系列相互不兼容，没有统一的光接口标准；没有足够的开销比特，用于网络运行、管理、维护和指配等管理没有足够的开销比特，用于网络运行、管理、维护和指配等管理的信息不足，不能满足电信网络不断扩大、技术不断更新的要求；的信息不足，不能满足电信网络不断扩大、技术不断更新的要求；高低速率信号的不能直接分插高低速率信号的不能直接分插/复用复用,必须逐级进行，使得复接必须逐级进行，使得复接/分接设备结构复杂，上下话路价格昂贵；分接设备结构复杂，上下话路价格昂贵；PDH传输线路主要是点对点连接，缺乏网络拓扑的灵活性，使传输线路主要是点对点连接，缺乏网络拓扑的灵活性，使数字设备的利用效率低，网络调度性差，缺乏自愈功能。

数字设备的利用效率低，网络调度性差，缺乏自愈功能88同步数字系列同步数字系列SDH的提出的提出v1985年，年，USA Bell 实验室提出实验室提出同步光网络同步光网络 (Synchronous Optical Network，，SONET),于于1988年美国国家标准协年美国国家标准协会会(ANSI)通过了两个最早的通过了两个最早的SONET标准v1988年，年，CCITT命名命名数字同步系列数字同步系列(SDH)，，并建立了统一标准并建立了统一标准 国际电报咨询委员会国际电报咨询委员会(CCITT)(现在的现在的ITU）接受了）接受了SONET的概念的概念并加以修订和完善，重新命名为同步数字系列并加以修订和完善，重新命名为同步数字系列(SDH－－Synchronous Digital Hierarchy )，建立了世界性的统一标准现，建立了世界性的统一标准现ITU－－T关于关于SDH已发布几十标准已发布几十标准vSDH体制不仅应用于体制不仅应用于光纤信道光纤信道，还可应用于，还可应用于微波卫星干线传输微波卫星干线传输vSDH/Sonet在世界范围内广泛应用在世界范围内广泛应用。

99SDH的概念的概念vPhysical-layer protocol that frames data for fast and reliable transmission over optical fibervThe fundamental principle of the SDH protocol is time-division multiplexing (TDM), which works in contrast to a system such as Ethernet where data is sent in sporadic bursts. 1010SDH传输网传输网(1)v适用网络类型：适用网络类型：点对点传输点对点传输、、多点网络传输；多点网络传输；vSDH网络的构成：网络的构成：终端设备，即终端复用器终端设备，即终端复用器TM；；分插复用设备分插复用设备ADM；；数字交叉连接设备数字交叉连接设备DXC；；物理链路物理链路——光纤；光纤；v下图为典型的下图为典型的SDH拓扑结构图拓扑结构图1111图图 5.1 SDH传输网的典型拓扑结构传输网的典型拓扑结构TMADMDXCADMTMTMTMADMSTM-nSTM-nDXCADMTMSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-nSTM-n低速信号低速信号……低速信号低速信号(n

连接1:m…m:1复接复接交叉连接矩阵交叉连接矩阵分接分接1n1n配置管理配置管理m:11:m1313SDH传输网传输网(4)——SDH传输网的连接模传输网的连接模型型vDXC的交叉连接，的交叉连接，SDH网中提供网中提供多条结构相同的传输通道多条结构相同的传输通道；通道；通道Path→→复接段复接段Line→Line→再生段再生段SectionSection；；通道通道终接设备终接设备线路线路终接设备终接设备TMADM/DXC再生段再生段Section再生段再生段再生段再生段线路线路终接设备终接设备通道通道终接设备终接设备E1…E3E1…E3ADM/DXCTM复接段复接段(Line)传输通道传输通道(Path)再生中继器再生中继器1414SDH传输网传输网(5)——与与PDH相比的特点相比的特点vSDH采用采用统一的标准传输速率等级统一的标准传输速率等级统一的标准传输速率等级统一的标准传输速率等级：：STM-1，最低等级，传输速率：，最低等级，传输速率：155.520Mb/s;STM-4，，4个个STM-1复接成一组复接成一组STM-4，速率：，速率：622.080Mb/s；；STM-16，，4个个STM-4复接成一组复接成一组STM-16，速率：，速率：2488.32Mb/s；；…… STM-N，，N=1、、4、、16、、64.标准统一，可以承载不同格式的数字信号，如标准统一，可以承载不同格式的数字信号，如PDH，，ATM信元，信元，IP分组，以太网帧等，分组，以太网帧等，有利于不同通信系统互连有利于不同通信系统互连有利于不同通信系统互连有利于不同通信系统互连。

v具有具有统一标准的光接口统一标准的光接口统一标准的光接口统一标准的光接口：：有利于建立世界统一的通信网络；有利于建立世界统一的通信网络；简化硬件，降低了网络成本；简化硬件，降低了网络成本；v帧结构中有帧结构中有丰富的开销比特丰富的开销比特丰富的开销比特丰富的开销比特：：可用于网络的可用于网络的运行、维护和管理运行、维护和管理运行、维护和管理运行、维护和管理，便于实现性能的监测、故障监，便于实现性能的监测、故障监测、定位故障报告等管理功能测、定位故障报告等管理功能1515SDH传输网传输网(6)——与与PDH相比的特点相比的特点v采用数字同步复用技术：采用数字同步复用技术：以字节以字节(8bit)为最小复用单位，不必进行码速率调整，简化复为最小复用单位，不必进行码速率调整，简化复接接/分接设备；分接设备；低速率信号与高速率信号间的复接低速率信号与高速率信号间的复接/分接，不必逐级进行分接，不必逐级进行;v采用采用DXC可以对各种端口速率进行可控的连接配置：可以对各种端口速率进行可控的连接配置：对网络资源进行对网络资源进行自动化的调度和管理自动化的调度和管理，既提高了资源利用率，，既提高了资源利用率，又增强了网络的抗毁性和可靠性。

又增强了网络的抗毁性和可靠性大大提高了网络的大大提高了网络的灵活性及对各种业务量变化的适应能力灵活性及对各种业务量变化的适应能力，使，使现代通信网络提高到一个崭新的水平现代通信网络提高到一个崭新的水平1616光光/电电光信号光信号分分接接分分接接分分接接140/34 Mb/s34/8 Mb/s8/2 Mb/s复复接接复复接接复复接接电电/光光光信号光信号2/8 Mb/s8/34 Mb/s34/140 Mb/s2 Mb/s(电信号电信号)PDHSDHADM155 Mb/s光接口光接口155 Mb/s光接口光接口2 Mb/s(电信号电信号)SDH传输网传输网(6): SDH与与PDH分插流程比较分插流程比较采用采用SDHSDH分插复用分插复用器器(ADM)(ADM)，可以利，可以利用软件用软件一次直接分一次直接分出和插入出和插入 2 Mb/s2 Mb/s支路信号支路信号，无需分，无需分级进行1717SDH帧结构帧结构(1)v帧结构是实现帧结构是实现数字同步时分复用数字同步时分复用，保证，保证网络可靠有效运行网络可靠有效运行的关键；的关键；——三部分：段开销，信息载荷，管理单元指针；三部分：段开销，信息载荷，管理单元指针；v块状结构，以字节为基础；块状结构，以字节为基础；vSTM-N帧：帧：9行行×270×N列，每列为列，每列为1个字节，个字节，(1byte=8bit)；；v帧周期：帧周期：T=125μs, 8000帧帧/svSTM-1,传输速率：传输速率：9×270×8×8000 = 155.52(Mb/s);v发送顺序：发送顺序： 行：由上而下；行：由上而下； 列：由左到右；列：由左到右；1818SDH帧结构帧结构(2)——段开销段开销v段开销段开销(SOH: Section Overhead)：：保证信息正常传输所必须的附加字节；保证信息正常传输所必须的附加字节；作用：作用：运行、维护、管理运行、维护、管理；帧定位，误码检测、公务通信、自；帧定位，误码检测、公务通信、自动保护倒换、网管信息传输等。

动保护倒换、网管信息传输等占用字节数占用字节数(STM-1)：：8行行×9列列×1=72Byte=576bit，， SOH容量：容量：576×8000=4.608Mb/s;1～～3行行,1~9×N列，再生段开销列，再生段开销(SOH); 5~9行，行，1~9×N列复接列复接段开销段开销(LOH)；；vSDH丰富的开销为其实现强大的丰富的开销为其实现强大的OAM和智能化奠定了和智能化奠定了基础1919SDH帧结构帧结构(3)v信息载荷：用于承载各种业务信息的部分；信息载荷：用于承载各种业务信息的部分；STM-1，，9×261×1=2349byte=18792bit；； 容量为：容量为：2349×8×8000=150.336Mb/s;通道开销通道开销(POH):少量字节用于少量字节用于通道运行、管理和维护通道运行、管理和维护；；v管理单元指针管理单元指针(AU-PTR):用于指示信息载荷第一个字节用于指示信息载荷第一个字节在帧内的准确位置在帧内的准确位置(相对于指针位置的偏移量相对于指针位置的偏移量)指针容量指针容量(第四行，第四行，1~9列列)：： STM-1，，9×8×8000=0.576Mb/s;v采用采用指针技术指针技术是是SDH的创新，的创新，结合虚容器结合虚容器(VC)的概念，的概念， 解决了低速信号复接成高速信号时，由于小的频率误差解决了低速信号复接成高速信号时，由于小的频率误差所造成的所造成的载荷相对位置漂移载荷相对位置漂移载荷相对位置漂移载荷相对位置漂移的问题。

的问题2020复用原理复用原理(1)v传统复用方法：传统复用方法：正码速调整法正码速调整法Ø优点：容许被复接的支路信号有较大的频率误差；优点：容许被复接的支路信号有较大的频率误差；Ø缺点：复接与分接困难；缺点：复接与分接困难；固定位置映射法：使低速支路信号在高速信号帧中占有固定位置固定位置映射法：使低速支路信号在高速信号帧中占有固定位置Ø优点：复接与分接容易实现优点：复接与分接容易实现Ø缺点：低速信号与高速信号相位不能对准，且随时间变化；缺点：低速信号与高速信号相位不能对准，且随时间变化；vSDH复用：采用载荷指针的映射方法；复用：采用载荷指针的映射方法；引入指针引入指针：需要对指针进行管理；超大规模集成电路为指针技术：需要对指针进行管理；超大规模集成电路为指针技术实现提供了条件和基础实现提供了条件和基础通过指针的值，通过指针的值，指向载荷的起始位置指向载荷的起始位置；；2121 载荷包络与载荷包络与SDH帧的一般关系帧的一般关系复用原理复用原理(2)2222v映射结构：把支路信号适配装入虚容器映射结构：把支路信号适配装入虚容器VC的过程，的过程， 即，使支路信号与传送的载荷同步的过程。

即，使支路信号与传送的载荷同步的过程这种结构可把目前这种结构可把目前PDH的绝大多数的绝大多数标准速率信号标准速率信号装入装入SDH帧v基本工作原理：基本工作原理：映射、定位、复用映射、定位、复用各种速率等级的数据流进入相应的容器（各种速率等级的数据流进入相应的容器（C），完成适配功能），完成适配功能（主要是速率调整）（主要是速率调整）——映射映射加入通道开销（加入通道开销（POH）） ，构成虚容器（，构成虚容器（VC））——映射映射进入支路单元（进入支路单元（TU）或管理单元（）或管理单元（AU））——定位定位设置指针（设置指针（AU PTR和和TU PTR））——定位定位复用（复用（TU进高阶进高阶VC或或AU进进STM－－N）），附加段开销，附加段开销SOH，，形成形成STM-N的帧结构的帧结构——复用复用复用原理复用原理(3)——ITU-T一般复用映射结构一般复用映射结构同步复用和映射方法同步复用和映射方法是是SDH的特色之一的特色之一2323x3AUGSTM-N2430 NAU 42358AU 3786VC-42349VC-3765TUG 3774TUG 2108TU 3768TU 2108VC 3765VC 1126VC 2107VC 1235TU 1127TU 1236C3756C1125C1234C2106C42340MAPPING14045621.534x3x7x7x3x4同步传送模块虚容器管理单元管理单元组支路单元支路单元组虚容器容器PDHMbpsPOHPOHPOHPOHPTRPTRPTRPTRPTRPTRSOHPOHPOHx NYYxxxPTR: 指针POH: 通道开销字节数 基本操作：映射定位复用指针处理复用原理复用原理(4)——ITU-T一般复用映射结构一般复用映射结构2424复用原理复用原理(5)——ITU-T一般复用映射结构一般复用映射结构vC-n，标准容器，装载，标准容器，装载PDH支路信号，并完成速率适配；支路信号，并完成速率适配；v标准容器标准容器+少量通道开销少量通道开销POH——虚容器虚容器VC；；VC的包络与网络同步，可以的包络与网络同步，可以 复用、交叉连接、交换；复用、交叉连接、交换；VC内可装载不同容量，不同格式的支路信号；内可装载不同容量，不同格式的支路信号；v定位校准：在定位校准：在VC前加管理单元指针，保证所有前加管理单元指针，保证所有VC起始相起始相位始终同步位始终同步——AU(管理单元管理单元)+TU(支路单元支路单元)；；v设置指针：设置指针：TU均匀字节间插均匀字节间插---TUG—AUGv复用：复用：AUG+SOH—STM-1，按字节同步复用，按字节同步复用—STM-N；；2525复用原理复用原理(6)——复用举例复用举例 举例：由举例：由PDH的的4次群信号到次群信号到SDH的的STM-1的复接过程的复接过程v把把139.264 Mb/s的信号装入容器的信号装入容器C-4，经速率适配处理后，输出信，经速率适配处理后，输出信号速率为号速率为149.760 Mb/s; v在在虚容器虚容器VC-4内加上通道开销内加上通道开销POH后，输出信号速率为后，输出信号速率为150.336 Mb/s；；v在在管理单元管理单元AU-4内，加上管理单元指针内，加上管理单元指针AU PTR(每帧每帧9 Byte, 相应相应于于0.576 Mb/s)，输出信号速率为，输出信号速率为150.912 Mb/s;v由由 1个个AUG加上加上段开销段开销SOH，输出信号速率为，输出信号速率为155.520 Mb/s, 即为即为STM-1。

2626数字交叉连接设备数字交叉连接设备(DXC)(1)vDXC: 自动的数字电路配线架；自动的数字电路配线架；v核心：可控的交叉连接开关矩阵核心：可控的交叉连接开关矩阵;v基本电路速率：可等于或低于端口速率，它取决于信基本电路速率：可等于或低于端口速率，它取决于信道容量分配的基本单位道容量分配的基本单位v输入信号串输入信号串/并变换：变为并变换：变为m个并行支路信号，然后通个并行支路信号，然后通过时分过时分(或空分或空分)交换网络，按照预先存放的交叉连接交换网络，按照预先存放的交叉连接图或动态计算的交叉连接图对这些电路进行重新编排，图或动态计算的交叉连接图对这些电路进行重新编排，最后将重新编排后的信号复接成高速信号输出最后将重新编排后的信号复接成高速信号输出2727数字交叉连接设备数字交叉连接设备(DXC)(2)vDXC的表示：的表示：DXC X/Y(X:输入端口速率的最高等级；输入端口速率的最高等级；Y，，参与交叉连接的最低速率等级参与交叉连接的最低速率等级)0——64 kb/s电路速率；电路速率；1、、2、、3、、4——PDH的的1至至 4 次群的速率；次群的速率；4——SDH 的的STM-1 等级；等级； 5、、6—— SDH的的STM-4 、、STM-16等级。

等级 v举例：举例：DXC 1/0:1—输入最高速率为一次群速率输入最高速率为一次群速率2.048Mb/s; 0—交叉连接基本速率为交叉连接基本速率为64kb/s;DXC 4/1:4—输入端最高速率输入端最高速率140Mb/s(PDH)或或155.52Mb/s(SDH); 1—交叉连接基本速率为交叉连接基本速率为2.048Mb/s;v广泛应用的广泛应用的DXC：：DXC 1/0、、DXC 4/1、、DXC 4/42828数字交叉连接设备数字交叉连接设备(DXC)(3)v交叉连接设备与交换机的区别：交叉连接设备与交换机的区别：vDXC的用途：干线网实现的用途：干线网实现自动化网络配置自动化网络配置；；v功能：功能：输入输入/输出输出连接改变连接改变连接控制连接控制DXC多话路组成的多话路组成的群路群路按集合用户量、网路按集合用户量、网路故障状况故障状况网关系统配置网关系统配置交换机交换机单个用户话路单个用户话路用户呼叫请求用户呼叫请求信令系统信令系统v分离本地分离本地/ /非本地业务，为非本地业非本地业务，为非本地业务提供路由务提供路由v为临时事件提供通信电路；为临时事件提供通信电路；v网络故障时，迅速提供网络配置；网络故障时，迅速提供网络配置；v根据业务流量，实现最佳网络配置；根据业务流量，实现最佳网络配置；vPDH与与SDH的网关；的网关；2929SDH的应用的应用(1)vSDH点对点传输；点对点传输；v链形网传输；链形网传输；SDHTMSDHTM…支路支路信号信号…支路支路信号信号STM- N再生中继器再生中继器SDHTMSDHTM…支路支路信号信号…支路支路信号信号SDHADMSTM-n(n＜ N)STM- NSTM-NSTM-n3030SDH的应用的应用(2)vSDH环形网环形网SDHADMSDHADMSDHADMSDHADM…支路支路信号信号…支路信号支路信号…支路信号支路信号…支路支路信号信号优点：具有自愈能力优点：具有自愈能力通信网络发生故障时，通信网络发生故障时，无需无需人为干预人为干预，即可在，即可在极短的时极短的时间间内从失效故障中内从失效故障中自动恢复自动恢复所携带的业务，使用户感觉所携带的业务，使用户感觉不到网络已出了故障。

不到网络已出了故障3131SDH的应用的应用(3)vADM+DXC —网形网网形网TMADMDXCADMTMTMTMADMSTM-nSTM-nDXCADMTMSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-nSTM-n低速信号低速信号……低速信号低速信号(n

单元v长度：建议长度：建议2500km；可根据国家具体情况做不同选择；可根据国家具体情况做不同选择China：：5000km；；USA/Cana: 6400km；；Jap：：2500km；； 3838参考模型参考模型(3)——HRDSv假设参考数字段假设参考数字段(HRDS)：：HRDL的组成部分；的组成部分；vHRDS：两端光端机、中间光缆传输线路、光中继器；：两端光端机、中间光缆传输线路、光中继器；vHRDS建议长度：长途，建议长度：长途，280km；市话，；市话，50km我国：一级干线，我国：一级干线，420km；二级干线，；二级干线，280km；市话，；市话，50km；；v一个光纤通信系统，可以由若干个一个光纤通信系统，可以由若干个HRDS组成vHRDS的性能指标，从的性能指标，从HRDL指标分配中获得，并分配给线路和设备指标分配中获得，并分配给线路和设备vHRX、、HRDL、、HRDS三者的关系：三者的关系： HRX=HRX=若干个若干个若干个若干个HRDL+HRDL+若干交换中心；若干交换中心；若干交换中心；若干交换中心； HRDL=HRDL=若干若干若干若干HRDSHRDS；；；； HRDS=HRDS=两个数字配线架两个数字配线架两个数字配线架两个数字配线架+ +若干光中继器；若干光中继器；若干光中继器；若干光中继器；3939系统的主要性能指标系统的主要性能指标——误码率误码率(1)v误码率（误码率（BER）：）： 是在一个较长时间内的传输码流中出现是在一个较长时间内的传输码流中出现误码的概误码的概率率，它，它对话音影响的程度取决于编码方法对话音影响的程度取决于编码方法。

v描述通信系统性能的关键指标决定着通信的质量描述通信系统性能的关键指标决定着通信的质量64kb/s PCM 数字连接数字连接 误码率对话音影响程度误码率对话音影响程度误码率误码率说话者的感觉说话者的感觉10-6感觉不到干扰感觉不到干扰10-5在低话音电平范围内刚觉察到有干扰在低话音电平范围内刚觉察到有干扰10-4在低话音电平范围内有个别在低话音电平范围内有个别“喀喀喀喀”声干扰声干扰10-3在各种话音电平范围内都感觉到有干扰在各种话音电平范围内都感觉到有干扰10-2强烈干扰，听懂程度明显下降强烈干扰，听懂程度明显下降5×10-2几乎听不懂几乎听不懂4040系统的主要性能指标系统的主要性能指标——误码率误码率(2)v误码性能优劣的表示方法：误码性能优劣的表示方法：误码时间百分数误码时间百分数误码秒百分数误码秒百分数检测时间检测时间TL划分为划分为：：(与连续与连续10秒的秒的BER与与10-3相比相比)Ø可用时间：可用时间：BER<10-3；系统处于正常工作状态；；系统处于正常工作状态；Ø不可用时间：不可用时间：BER>10-3，系统处于故障状态；，系统处于故障状态；取样时间取样时间T0和误码率门限阈值和误码率门限阈值BERth；；Ø劣化时间：抽样劣化时间：抽样(以以T0)检测检测BER>BERth的时间的时间(分钟数、秒数分钟数、秒数)v误码性能优劣表示：误码性能优劣表示：4141系统的主要性能指标系统的主要性能指标——误码率误码率(3)v误码率随时间的变化误码率随时间的变化时间时间TLT010-610-310-1010-84242系统的主要性能指标系统的主要性能指标——误码率误码率(4)vITU-T G.821建议将误码性能建议将误码性能优劣划分三个等级：优劣划分三个等级：劣化分劣化分(DM)；；严重误码秒严重误码秒(SES);误码秒误码秒(ES);误码率等级误码率等级定义定义指标指标长期平均误码率长期平均误码率T0BERth劣化分劣化分(DM)1min(BER>)10-6<10%<6.2×10-7严重误码秒严重误码秒(SES)1s(BER>) 10-3<0.2%<3×10-5误码秒误码秒(ES)1s(BER>) 0<8%<1.3×10-6定义指标在假设参考数字连接定义指标在假设参考数字连接(HRX)情况下情况下 L=27500km4343系统的主要性能指标系统的主要性能指标——误码率误码率(5)v总误码性能指标在总误码性能指标在HRX各部分的分配：各部分的分配： 按电路等级进行分配按电路等级进行分配高级：长途一二级干线；高级：长途一二级干线；按长度分配；按长度分配；中级：长途二级以下干线；中级：长途二级以下干线；本地级：本地级：按切块分配；按切块分配；最长最长HRX的电路质量等级划分的电路质量等级划分 4444系统的主要性能指标系统的主要性能指标——误码率误码率(6)v误码率的分配误码率的分配——G.821建议建议误码率指标误码率指标高级电路高级电路中级电路中级电路本地级电路本地级电路DM<10%4%2×1.5%2×1.5%SES<0.1%0.04%2×0.015%2×0.015%ES<8%3.2%2×1.2%2×1.2%lDM：：BER>10-6的时间少于的时间少于10%，等效平均误码率，等效平均误码率BERav=10-7；；l将平均误码率按长度进行分配：将平均误码率按长度进行分配：BERav=4×10-12/km；；l则则420km一级干线误码率分配：一级干线误码率分配：BERav=1.68×10-9；；l 280km二级干线误码率分配：二级干线误码率分配：BERav=1.12×10-9；；l设计值，比实际要求值高一个数量级，按设计值，比实际要求值高一个数量级，按10-10设计；设计；4545系统的主要性能指标系统的主要性能指标——抖动抖动(1)v抖动：数字信号的有效瞬间对于标准时间的位置偏差。

抖动：数字信号的有效瞬间对于标准时间的位置偏差输入脉冲信号在平均位置的左右变化；输入脉冲信号在平均位置的左右变化；提取时钟信号在中心位置的左右变化；提取时钟信号在中心位置的左右变化；抖动的单位：抖动的单位：UI，表示单位时隙，二进制，表示单位时隙，二进制NRZ信号，信号，1UI=T(一个码元一个码元周期周期)v抖动的度量：抖动的度量：抖动幅度抖动幅度(Jp-p)：偏差时间的范围；：偏差时间的范围；抖动频率抖动频率(F)：偏差时间间隔对时间的变化率；：偏差时间间隔对时间的变化率；v抖动的表现：稳定脉冲前后沿出现低频干扰抖动的表现：稳定脉冲前后沿出现低频干扰(1~2kHz)；；v抖动的影响：抖动的影响：使信号判决偏离最佳判决时间，增加误码率，降低系统性能；使信号判决偏离最佳判决时间，增加误码率，降低系统性能；抖动表现：接收端的噪声，劣化信噪比，降低接收灵敏度；抖动表现：接收端的噪声，劣化信噪比，降低接收灵敏度；4646系统的主要性能指标系统的主要性能指标——抖动抖动(2)v抖动产生的原因：抖动产生的原因：时钟提取电路的频率偏移；时钟提取电路的频率偏移；信号状态信号状态——如，信号的码间干扰；如，信号的码间干扰；输入码流中长连输入码流中长连“0”码；码；随机噪声；随机噪声；v抖动的主要性能参数：输入抖动容限、输出抖动等抖动的主要性能参数：输入抖动容限、输出抖动等输入抖动容限：系统容许的输入信号输入抖动容限：系统容许的输入信号最大抖动范围最大抖动范围；；ITU-T建议和国际标准，给出了建议和国际标准，给出了PDH各次群输入各次群输入/输出输出抖动容限要求；抖动容限要求；4747系统的主要性能指标系统的主要性能指标——抖动抖动(3)PDH各次群入口对抖动的要求各次群入口对抖动的要求3500kHZ800kHZ400kHZ100kHZF410kHZ10kHZ3kHZ18kHZF3500HZ1kHZ400HZ2.4kHZF2200HZ100HZ20HZ20HZF10.0750.150.20.2A21.51.51.51.5A1F0A0223-1139264223-134368215-11.2×10-5HZ1528448215-11.5×10-5HZ36.92048伪随机测试伪随机测试信号序列信号序列调制数字信号的正弦调制数字信号的正弦信号频率信号频率JP.P/UI 参数参数 速率速率(kb/s)4848系统的主要性能指标系统的主要性能指标——抖动抖动(4)0.075（（0.075））0.15（（0.15））0.2（（0.2））0.2（（0.2））A23500kHZ800kHZ400kHZ100kHZF410kHZ10kHZ3kHZ18kHZF2F1A1200HZ1.5（（0.75））139264100HZ1.5（（0.75））3436820HZ1.5（（0.75））844820HZ1.5（（0.75））2048测量带通滤波器带宽：低频截止频率为测量带通滤波器带宽：低频截止频率为F1或或F2，，高频截止频率为高频截止频率为F4输出口最大抖动容限值输出口最大抖动容限值JP.P/UI 参数参数 速率速率（（kb s-1）） 全程和数字段全程和数字段PDH各次群输出口对抖动的要求各次群输出口对抖动的要求4949系统的主要性能指标系统的主要性能指标——抖动抖动(5) 表表5.6和表和表5.7的图解说明的图解说明 要求：要求：PDH各次群输入接口的输入抖动容限必须在曲线之上各次群输入接口的输入抖动容限必须在曲线之上5050系统的主要性能指标系统的主要性能指标——可靠性可靠性(1)v可靠性：描述系统的故障可能性可靠性：描述系统的故障可能性直接影响通信系统的：使用、维护、经济效益；直接影响通信系统的：使用、维护、经济效益；包括：光端机、中继器、光缆线路、辅助设备和备用系统的可靠性包括：光端机、中继器、光缆线路、辅助设备和备用系统的可靠性研究方法：故障统计分析法研究方法：故障统计分析法——故障次数、故障修复时间；故障次数、故障修复时间；v可靠性的表示：可靠性的表示：可靠性可靠性R与故障率与故障率φ：：Ø可靠性可靠性R：规定条件和时间内系统：规定条件和时间内系统无故障工作的概率无故障工作的概率，反映系统，反映系统完成规定功能的能力；完成规定功能的能力；Ø故障率故障率φ：单位时间内系统发生故障的概率；：单位时间内系统发生故障的概率； 单位：单位：10-9/h，菲特，菲特(fit):1fit表示表示109h内发生一次故障的概率；内发生一次故障的概率；R与与φ的关系：的关系：n个部件系统总的可靠性个部件系统总的可靠性Rs：：5151系统的主要性能指标系统的主要性能指标——可靠性可靠性(2)v故障率故障率φ与平均故障间隔时间与平均故障间隔时间MTBF：：v可用率可用率A和失效率和失效率PF：：可用率可用率A：规定时间内，系统处于良好工作状态的概率；：规定时间内，系统处于良好工作状态的概率；失效率失效率PF：：有备用系统时，失效率有备用系统时，失效率PF：：5252系统的主要性能指标系统的主要性能指标——可靠性可靠性(3)v可靠性指标可靠性指标(具有主备用系统自动倒换功能的具有主备用系统自动倒换功能的DOFCS)5000km，双向全程全阻故障：，双向全程全阻故障：4次次/年；年；420km、、280km：双向全程全阻故障：：双向全程全阻故障：1次次/3年、年、 1次次/5年；年；市内数字光缆通信系统：双向全程全阻故障：市内数字光缆通信系统：双向全程全阻故障：4次次/年；年；50km数字段双向全程全阻故障：数字段双向全程全阻故障：2次次/年；年；LD寿命：大于寿命：大于10×104h；；PIN寿命：大于寿命：大于50×104h；；APD寿命：大于寿命：大于50×104h；；v国产通信设备的可靠性指标：国产通信设备的可靠性指标：5353系统的主要性能指标系统的主要性能指标——可靠性可靠性(4)链路长度链路长度/km50003000420280双向全程年故障次数双向全程年故障次数42.40.3360.224MTBF/h219036502607039 107φ/fit456 620373 97038 35825 570MTTR/h2414.42.0161.344PF/%0.2740.1640.0230.015A/%99.72699.83699.97799.985数字光缆数字光缆通信系统通信系统可靠性指标可靠性指标可靠性可靠性MTBF/年年φ/fit光纤光纤(双向双向)1.35(420km)200(/km)光端机光端机428 539(一端一端)中继器中继器428 539(一端一端)四次群设备四次群设备205707(一端一端)某些国产设备可靠性指标某些国产设备可靠性指标5454第五章第五章 数字光纤通信系统数字光纤通信系统v两种传输体制两种传输体制v系统的性能指标系统的性能指标v系统的设计系统的设计5555系统设计系统设计v中继距离受损耗的限制中继距离受损耗的限制v中继距离手色散中继距离手色散(带宽带宽)的限制的限制v中继距离和传输速率中继距离和传输速率5656系统设计系统设计v系统设计的要求：系统设计的要求：前提：前提：用户对用户对传输距离传输容量传输距离传输容量的要求；的要求；国家规定指标国家规定指标设备技术水平设备技术水平考虑因素：考虑因素：选择最佳路由和局站设置；选择最佳路由和局站设置；选择传输体制和传输速率；选择传输体制和传输速率；选择光纤光缆；选择光纤光缆；选择光端机基本参数和性能指标；选择光端机基本参数和性能指标；目的：目的：达到最佳性价比。

达到最佳性价比v技术实现的关键：技术实现的关键： 确定中继距离确定中继距离v中继距离的设计方法：中继距离的设计方法：最坏情况法最坏情况法统计法统计法半统计法半统计法v中继距离的限制因素：中继距离的限制因素：光纤线路的损耗光纤线路的损耗光纤线路的色散光纤线路的色散(带宽带宽)5757损耗的限制损耗的限制(1)第二传输窗口第二传输窗口第二传输窗口第二传输窗口第一传输窗口第一传输窗口第一传输窗口第一传输窗口1300130015501550850850紫外吸收紫外吸收紫外吸收紫外吸收红外吸收红外吸收红外吸收红外吸收瑞利散射瑞利散射瑞利散射瑞利散射0.20.22.52.5损损损损 耗耗耗耗 (dB/km)(dB/km)波波波波 长长长长 (nm)(nm)OHOH离子吸收峰离子吸收峰离子吸收峰离子吸收峰第三传输窗口第三传输窗口第三传输窗口第三传输窗口光纤的损耗谱特性光纤的损耗谱特性光纤的损耗谱特性光纤的损耗谱特性5858损耗的限制损耗的限制(2)v无中继或有一个中继器的数字光纤通信系统无中继或有一个中继器的数字光纤通信系统 光纤损耗限制中继距离；光纤损耗限制中继距离；系统要求：发射端系统要求：发射端—接收端光纤线路接收端光纤线路总损耗总损耗不超过不超过系统系统总功率衰减总功率衰减；；各参数取值依据产品技术水平，和系统需求。

各参数取值依据产品技术水平，和系统需求光纤损耗光纤损耗(dB/km)光纤接头损光纤接头损耗耗(dB/km)千米光纤损耗千米光纤损耗余量余量(dB/km)连接器损耗连接器损耗(dB/对对)系统余量系统余量(dB)发射光功率发射光功率(dBm)接收灵敏度接收灵敏度(dBm)5959损耗的限制损耗的限制(3)vPt，，LD：：-3~-9dBm; LED：：-20~-25(dBm);vPr，接收灵敏度，，接收灵敏度，P117 表表5.10；；v连接器损耗连接器损耗α c：：0.3~1dB/对；对；vMe损耗余量：时间及环境变化引起的损耗余量：时间及环境变化引起的Pt 和和Pr及连接器及连接器性能的劣化；性能的劣化；v光纤损耗光纤损耗α f：：1310nm，，0.4~0.45dB/km; 1550nm，，0.22~0.25dB/km;v光纤损耗余量光纤损耗余量α m: 0.1~0.2dB/km;v接头损耗接头损耗α f ：：0.05dB；；6060色散色散(带宽带宽)的限制的限制(1)v系统传输速率高，光纤线路色散大系统传输速率高，光纤线路色散大 ——色散色散(带宽带宽)限制中继距离；限制中继距离； ——需对光纤线路总色散进行规范；需对光纤线路总色散进行规范；已知传输速率的光纤线路系统已知传输速率的光纤线路系统——允许的线路总色散允许的线路总色散——计算中继距离计算中继距离v色散对系统的影响：色散对系统的影响：色散引起脉冲展宽色散引起脉冲展宽→→码间串扰码间串扰→→增大误码增大误码 or or 降低接收灵敏度降低接收灵敏度vITU-TITU-T建议，色散限制系统建议，色散限制系统中继段距离中继段距离L L的计算式：的计算式：v其中，其中，F Fb b线路码速率线路码速率(Mb/s);(Mb/s);C C0 0光纤色散系数；光纤色散系数； σλ光源谱宽；光源谱宽； ε是与功率代价和光源特性有关的参数，光脉冲相对展宽是与功率代价和光源特性有关的参数，光脉冲相对展宽 SLM-LD时时ε=0.115；； MLM-LD时时ε=0.306；；6161色散色散(带宽带宽)的限制的限制(2)G.652G.652（（（（标准单模光纤标准单模光纤标准单模光纤标准单模光纤SMFSMF））））: : 零色散波长零色散波长零色散波长零色散波长:1300nm:1300nm15501550色散色散色散色散:16~17ps/nm.km:16~17ps/nm.kmG.653G.653（（（（色散位移光纤色散位移光纤色散位移光纤色散位移光纤DSFDSF））））: :零色散波长零色散波长零色散波长零色散波长:1550nm:1550nmG.655G.655（（（（非零色散位移光纤非零色散位移光纤非零色散位移光纤非零色散位移光纤NZDSFNZDSF））））: : 1550nm1550nm色散色散色散色散:2~6:2~6ps/nm.kmps/nm.km光纤：零色散点分布在标准波长附近一定范围；光纤：零色散点分布在标准波长附近一定范围；光源光源LD：峰值波长分布于一个有限范围；：峰值波长分布于一个有限范围；可计算最大色散容限可计算最大色散容限CL。

140Mb/s以上以上单模光纤通信系统，单模光纤通信系统，色散限制不容忽略色散限制不容忽略6262中继距离和传输速率中继距离和传输速率(1)v损耗限制：损耗限制：v色散限制：色散限制： (单模光纤单模光纤)v选择距离较短者作为中继距离的的最终结果选择距离较短者作为中继距离的的最终结果6363中继距离和传输速率中继距离和传输速率(2)v案例案例1：：140Mb/s-SMF，， 采用采用5B6B线路码；线路码；损耗参数：损耗参数：v损耗限制中继距离损耗限制中继距离L：：Pt(dBm) Pr(dBm) Me(dB)α c(dB/对对)α f(dB/km)α m(dB/km)αs(dB/km)-3-4230.30.350.10.036464中继距离和传输速率中继距离和传输速率(3)v色散参数：色散参数：v色散限制的中继距离色散限制的中继距离L：：C0(ps/(nm*km))σλ(nm)εFb(Mb/s)3.02.50.115140/(6/5)3.53.00.115140/(6/5)工程设计中继距离工程设计中继距离应取：应取：74km；；工程设计中继距离工程设计中继距离应取：应取：65km；；6565中继距离和传输速率中继距离和传输速率(4)各种光纤的中继距离和传输速率的关系各种光纤的中继距离和传输速率的关系速率/(Gb/s)6666------- ------- 色散限制色散限制色散限制色散限制多模阶跃光纤，多模阶跃光纤，多模阶跃光纤，多模阶跃光纤， BL=c/(2nBL=c/(2n1 1   ) )。

典型值典型值典型值典型值n n1 1=1.46=1.46、、、、    =0.01=0.01，，，，传输距离随比特率的曲线传输距离随比特率的曲线传输距离随比特率的曲线传输距离随比特率的曲线即使在即使在即使在即使在BB   1Mb/s 1Mb/s 的低比特率，也是色散限制的，其传输距离的低比特率，也是色散限制的，其传输距离的低比特率，也是色散限制的，其传输距离的低比特率，也是色散限制的，其传输距离限制在限制在限制在限制在10km10km内应用：数据连接，很少用于光纤通信系统中应用：数据连接，很少用于光纤通信系统中应用：数据连接，很少用于光纤通信系统中应用：数据连接，很少用于光纤通信系统中6767ØØ多模渐变光纤，多模渐变光纤，多模渐变光纤，多模渐变光纤， BL=2c/(nBL=2c/(n1 1   2 2). ). ØØ对于对于对于对于 n n1 1=1.46=1.46、、、、   =0.01=0.01，，，，曲线如图当比特率小于曲线如图当比特率小于曲线如图当比特率小于曲线如图当比特率小于100 100 Mb/s Mb/s 时时时时为损耗限制，大于为损耗限制，大于为损耗限制，大于为损耗限制，大于100 100 Mb/s Mb/s 将变为色散限制。

将变为色散限制将变为色散限制将变为色散限制ØØ第一代陆上光通信系统就是采用多模渐变光纤，比特率在第一代陆上光通信系统就是采用多模渐变光纤，比特率在第一代陆上光通信系统就是采用多模渐变光纤，比特率在第一代陆上光通信系统就是采用多模渐变光纤，比特率在50-50-100 Mb/s 100 Mb/s ，中继距离接近，中继距离接近，中继距离接近，中继距离接近1010公里，于公里，于公里，于公里，于19781978年投入商业运营年投入商业运营年投入商业运营年投入商业运营 ------- 色散限制色散限制色散限制色散限制68681.31.3   mm光波系统：光波系统：光波系统：光波系统：比特率－距离积比特率－距离积比特率－距离积比特率－距离积 BL BL    (4|D|(4|D|      ) )-1-1 当当当当B<1Gb/sB<1Gb/s时，为损耗限制系统，时，为损耗限制系统，时，为损耗限制系统，时，为损耗限制系统，但当但当但当但当B>1Gb/sB>1Gb/s时则变为色散限制系统时则变为色散限制系统时则变为色散限制系统时则变为色散限制系统 ------- 色散限制色散限制色散限制色散限制69691.551.55   mm光波系统：光波系统：光波系统：光波系统：B B2 2L < (16|L < (16|   2 2|) |)-1-1普通单模光纤的限制线为：普通单模光纤的限制线为：普通单模光纤的限制线为：普通单模光纤的限制线为：BB2 2L = 4000 (Gb/s)L = 4000 (Gb/s)2 2-km-km。

对理想的对理想的对理想的对理想的1.551.55   mm系统，系统，系统，系统， BB2 2L L 可达可达可达可达6000 (Gb/s)6000 (Gb/s)2 2-km-km当当当当 B> 5Gb/sB> 5Gb/s 时，为色散限制系统时，为色散限制系统时，为色散限制系统时，为色散限制系统 ------- 色散限制色散限制色散限制色散限制7070当采用色散位移光纤时，色散和损耗在当采用色散位移光纤时，色散和损耗在当采用色散位移光纤时，色散和损耗在当采用色散位移光纤时，色散和损耗在1.551.55   mm附近均最低附近均最低附近均最低附近均最低 ------- ------- 色散限制色散限制色散限制色散限制7171 0.85μm, SIF光纤，光纤，fb×L～～0.01×1=0.01 (Gb/s)·km 0.85μm, GIF光纤，光纤，fb×L～～0.1×20=2.0 (Gb/s)·km 1.31 μm, SMF光纤，光纤，fb×L～～1×125=125 (Gb/s)·km 1.55μm, SMF光纤，光纤，fb×L～～2×75=150 (Gb/s)·km 1.55μm, DSF光纤，光纤，fb×L～～20×80=1600 (Gb/s)·km各种光纤传输系统技术水平的指标各种光纤传输系统技术水平的指标BL：：中继距离和传输速率中继距离和传输速率(4)7272v数字通信系统的两种传输体制是什么？数字通信系统的两种传输体制是什么？vSDH相对于相对于PDH的优点？的优点？vSDH帧结构中的帧结构中的AU-PTR(SOH, 净载荷净载荷)是什么？有何功是什么？有何功能？能？vSDH网络的构成；网络的构成；vSDH的主要优点和核心构成；的主要优点和核心构成；v数字光纤通信系统的主要性能指标有哪些？描述这些性能数字光纤通信系统的主要性能指标有哪些？描述这些性能的参数有什么？他们各自的意义和相互之间的关系？的参数有什么？他们各自的意义和相互之间的关系？v数字光纤通信系统中限制中继距离的主要因素有哪些？是数字光纤通信系统中限制中继距离的主要因素有哪些？是如何限制中继距离？如何限制中继距离？本章问题：本章问题：7373Thank you all for your attention!Any Question and Suggestion are welcome!Email: jiluch@Tel: 0532-85953711六次群/(Mb•S-1)五次群/(Mb•S-1)四次群/(Mb•S-1)三次群/(Mb•S-1)二次群/(Mb•S-1)北美日本中国西欧基群/(Mb•S-1)国家或地区表表5.1 世界各国商用光纤通信制式世界各国商用光纤通信制式7575假设参考数字段假设参考数字段HRDS 。